核酸化学课件.ppt

第二章 核 酸 (Nucleic Acid) 第一节 核酸的概念和及生物学意义 二 核酸的分类、分布和生物学功能 核酸分为两大类. 脱氧核糖核酸（DNA） Deoxyribonucleic Acid 核糖核酸（RNA） Ribonucleic Acid。 脱氧核糖核酸（DNA） DNA分子含有生物物种的所有遗传信息，分子量一般都很大。 DNA为双链分子，其中大多数是链状结构大分子，也有少部分呈环状结构。 核糖核酸（RNA） RNA主要是负责DNA遗传信息的翻译和表达，分子量要比DNA小得多。RNA为单链分子。 RNA的类别 根据RNA的功能，可以分为mRNA、tRNA和rRNA三种。 mRNA (信使RNA) 约占总RNA的5%。 不同细胞的mRNA的链长和分子量差异很大。 它的功能是将DNA的遗传信息传递到蛋白质合成基地 – 核糖核蛋白体。 tRNA (转移RNA) 约占总RNA的10-15%。 它在蛋白质生物合成中起翻译氨基酸信息，并将相应的氨基酸转运到核糖核蛋白体的作用。 已知每一个氨基酸至少有一个相应的tRNA。 RNA分子的大小很相似，链长一般在73-78个核苷酸之间。 rRNA (核糖体RNA) 约占全部RNA的80%， 是核糖核蛋白体的主要组成部分。 rRNA 的功能与蛋白质生物合成相关。 二、核苷、核苷酸 （三）．核苷酸的衍生物 ATP是生物体内分布最广和最重要的一种核苷酸衍生物。它的结构如下： ATP的性质 ATP 分子的最显著特点是含有两个高能磷酸键。ATP水解时, 可以释放出大量自由能。 ATP 是生物体内最重要的能量转换中间体。ATP 水解释放出来的能量用于推动生物体内各种需能的生化反应。 第三节 核酸的分子结构 在DNA一级结构中，有一种回文结构的特殊序列，所谓回文结构即DNA互补链上一段反向重复顺序，正读和反读意义相同，经反折可形成“十字形”结构，在转录成RNA后可形成“发夹”样结构，有调控意义。 → GCTA GTTCA CTC TGAAC AATT → ← CGAT CAAGT GAG ACTTG TTAA ← （二）DNA的二级结构 Z-DNA特点： 两条多核苷酸绕成一个左手螺旋； 糖磷酸骨架链的走向呈“Z”字形，因此被称为Z-DNA； 分子外表只有一道沟槽（大沟消失,小沟加深）； 碱基对在分子轴外侧，并构成分子的凸面； DNA双螺旋体比较细长。 （2）三螺旋DNA DNA二级结构还存在三股螺旋DNA，三股螺旋DNA中通常是一条同型寡核苷酸与寡嘧啶核苷酸-寡嘌呤核苷酸双螺旋的大沟结合，第三股的碱基可与Watson-Crick碱基对中的嘌呤碱形成Hoogsteen配对。 三股螺旋中的第三股可以来自分子间，也可以来自分子内。 三股螺旋DNA存在于基因调控区和其他重要区域，因此具有重要生理意义。 A（T）*A T;G（C）*G C H-DNA （三）DNA的三级结构 在DNA双螺旋结构基础上，共价闭合环DNA（covalentlyclose circular DNA）可以进一步扭曲形成超螺旋形（super helical form）。根据螺旋的方向可分为正超螺旋和负超螺旋。正超螺旋使双螺旋结构更紧密，双螺旋圈数增加，而负超螺旋可以减少双螺旋的圈数。几乎所有天然DNA中都存在负超螺旋结构。 一段双螺旋圈数为10的B-DNA连接成环形时，不发生进一步扭曲，称松弛环形DNA（双螺旋的圈数=链绕数，即T=L，超螺旋数W=0；L=T+W），但将这一线形DNA的螺旋先拧松一圈再连接成环时，解链环形DNA存在的扭曲张力，可导致双链环形成负超螺旋（T＝10，L=9，W = -1）。 L为连环数；T为扭转数；W为超螺旋数。 L=T+W 比连环差：λ ＝(L-L0)/L0 在生物体内，绝大多数超螺旋DNA以负超螺旋的形式存在，也就是说，一旦超螺旋解开，则会形成解链环形DNA，有利于DNA复制或转录。 螺旋具有相同的结构，但L值不同的分子称为拓扑异构体。DNA拓扑异构酶切断一条链或两条链，拓扑异构体可以相互转变。L值必定是整数。 （四）真核生物染色体 真核细胞DNA是线形分子，与组蛋白结合，其两端固定也形成超螺旋结构。DNA被紧密地包装成染色体来自三个水平的折叠：核小体、30nm纤丝和放射环。 核小体是染色体的基本结构单位，是DNA包装的第一步，它由DNA结合到组蛋白上形成复合物，在电镜下显示为成串的“念珠”状。组蛋白是富含精氨酸和赖氨酸的碱性蛋白质，其氨基酸序列在进化中是高度保守的。组蛋白有5种，H2A、H2B、H3和H4各两分子组成的八聚体是核小体核心颗粒，DNA缠绕其上，相邻核小体间的DNA称为连接DNA且结合H1。压缩比约为7 。 30nm纤丝是第二级压缩，每圈含6